普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油的研制

張玉蘇中國石化潤滑油有限公司上海研究院

本文通過對基礎(chǔ)油、防銹劑、潤滑性添加劑的篩選，研制了一款普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油。研制產(chǎn)品防銹效果優(yōu)異，且具有良好的潤滑性。該產(chǎn)品既能確保普碳鋼冷軋的順利進(jìn)行，又可使封存包裝后的冷軋板不易生銹?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，研制產(chǎn)品能夠很好地滿足普碳鋼板經(jīng)冷軋后直接封存包裝、不再單獨(dú)涂抹防銹油的工況要求。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的日益加快，給我國的裝備制造業(yè)帶來了空前的發(fā)展機(jī)遇。近年來，我國鋼鐵工業(yè)得到快速發(fā)展[1]，其中冷軋板的市場需求量增長較快，國內(nèi)汽車制造、電氣產(chǎn)品、機(jī)車車輛、航空、精密儀表的飛速發(fā)展使得冷軋板的生產(chǎn)需求量一直呈現(xiàn)相對旺盛的局面[2,3]。

冷軋板在生產(chǎn)過程中，一般由以下幾個(gè)工序構(gòu)成：熱軋板卷（原料）、酸洗、冷軋、脫脂、退火、平整、剪切、防銹包裝[4～7]。在冷軋板的冷軋過程中，需要使用潤滑油進(jìn)行工藝潤滑來有效降低軋制力，然后在后續(xù)防銹包裝時(shí)再使用防銹油來封存。近年來，有部分客戶傾向于兼具潤滑性能與防銹性能一體化的油品，在薄板軋制過程中，既能減少軋輥磨損、保持板面清潔，又能使軋制后的薄板產(chǎn)品無需再涂防銹油，從而實(shí)現(xiàn)潤滑防銹一體化，具有降本增效的作用。為此研制了一款普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油（以下簡稱潤滑型防銹油），以滿足冷軋工藝中冷軋潤滑及產(chǎn)品防銹的要求。

潤滑型防銹油質(zhì)量指標(biāo)

在冷軋軋制及后續(xù)防護(hù)工藝中，對油品有如下性能要求：

◇當(dāng)冷軋工藝后不需要退火，直接封存包裝的時(shí)候，需要油品具有合適的運(yùn)動(dòng)黏度和良好的清潔性能，以保持板面清潔，防止油品運(yùn)動(dòng)黏度過大導(dǎo)致板面有大量油滴懸掛、黏連，不易晾干，影響后續(xù)的板材重疊封存包裝和使用。一般要求油品的運(yùn)動(dòng)黏度(40 ℃)范圍為7～12 mm2/s；

◇具有一定的潤滑性能，一般要求油品的皂化值不小于10 mgKOH/g；

◇軋制過程中溫度較高，需要油品的閃點(diǎn)大于150 ℃；

◇在后續(xù)包裝、運(yùn)輸、儲存中，為了防止冷軋板產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，要求具有良好的防銹性能。

基于以上性能要求，制定了潤滑型防銹油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，見表1。

表1 潤滑型防銹油質(zhì)量指標(biāo)

研制過程

為滿足潤滑型防銹油質(zhì)量指標(biāo)，需要選擇黏度合適的基礎(chǔ)油，增加合適的抗氧劑、防銹劑、油性劑進(jìn)行復(fù)配來提升產(chǎn)品的潤滑性、抗氧化性等性能。

基礎(chǔ)油的選擇

根據(jù)潤滑型防銹油的質(zhì)量指標(biāo)，基礎(chǔ)油的選擇應(yīng)滿足以下要求：

◇要求基礎(chǔ)油具有良好的抗氧化性，能防止高溫軋制導(dǎo)致油品快速老化；

◇軋制溫度較高，基于安全考慮，需要基礎(chǔ)油的閃點(diǎn)較高；

◇要求適合的40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度。

因此選擇40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度范圍在7～12 mm2/s、抗氧化性能好、閃點(diǎn)高的加氫基礎(chǔ)油A、B 基礎(chǔ)油進(jìn)行復(fù)配?；A(chǔ)油A、B 的典型數(shù)據(jù)見表2。

表2 基礎(chǔ)油典型數(shù)據(jù)

防銹劑的選擇

由于受溫度、濕度及其他腐蝕性氣體等介質(zhì)的影響，工件會發(fā)生生銹[8]，因此需要產(chǎn)品具有較好的防銹性能。磺酸鹽類防銹劑和羧酸鹽類防銹劑都是常用的防銹劑，能吸附于金屬表面形成保護(hù)膜，具有良好的油溶性、配伍性和防銹性，在潮濕狀態(tài)下，穩(wěn)定性較好，對各種金屬有良好的防銹性，從而防止金屬銹蝕[9]。二者復(fù)配，具有一定的協(xié)同作用，使得防銹性能更為優(yōu)良。

因此選擇磺酸鹽S1、羧酸鹽C1 防銹劑加入潤滑型防銹油產(chǎn)品配方中，在其他組成不變的情況下進(jìn)行防銹性能的考察，以確定適宜的加劑量。防銹劑復(fù)配方案見表3。

表3 防銹劑復(fù)配配方組成

按照濕熱試驗(yàn)進(jìn)行防銹試驗(yàn)相關(guān)評定，結(jié)果見表4。

從表4 可以看出，配方AR-1、AR-2 的試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)不到質(zhì)量指標(biāo)要求。當(dāng)磺酸鹽的加劑量在(x+2)%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）且羧酸鹽的加劑量在y%、(y+0.5) %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，研制配方AR-3、AR-4 的防銹試驗(yàn)結(jié)果及運(yùn)動(dòng)黏度結(jié)果均滿足質(zhì)量指標(biāo)要求，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮配方AR-3較為適合。

表4 防銹試驗(yàn)結(jié)果

油性劑的選擇

油性劑，在邊界潤滑條件下起增強(qiáng)潤滑油的潤滑性和防止磨損及擦傷的化學(xué)品。皂化值的高低一定程度上代表了軋制油潤滑性能的好壞，皂化值越高，油品的潤滑性能越好。所以對潤滑油的潤滑性能的考察，其皂化值的大小是至關(guān)重要的[10]；最大無卡咬負(fù)荷PB值在一定程度上代表了油品的油膜強(qiáng)度，PB值越高，油品的油膜強(qiáng)度越好，油品的潤滑性能越好。因此，對油性劑的性能考察從皂化值和PB值進(jìn)行評定。

油脂、 合成酯等酯類化合物及有機(jī)酸等這些物質(zhì)通常是被用作增加油品潤滑性能而添加的油性物質(zhì)。合成酯是國內(nèi) 廣 泛 使 用 的 油 性 劑[11～13]，選擇常見的合成酯1、合成酯2、合成酯3 進(jìn)行油品調(diào)配。

將合成酯1、合成酯2、合成酯3 油性劑加入潤滑型防銹油產(chǎn)品配方3 中，進(jìn)行潤滑性能的考察，以確定適宜的加劑量。油性劑復(fù)配方案見表5。

表5 油性劑復(fù)配配方組成

采用皂化值、最大無卡咬負(fù)荷項(xiàng)目對油品的潤滑性能進(jìn)行考察，結(jié)果見表6。

從表6 可以看出，加入3 種油性劑后，配方LP-1、LP-2 的外觀不滿足質(zhì)量指標(biāo)要求，配方LP-3、LP-4 的皂化值不滿足質(zhì)量指標(biāo)要求，且隨著配方LP-4 的合成酯1加入量的增加，產(chǎn)品的40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度超出質(zhì)量指標(biāo)，因此不能繼續(xù)增加配方LP-4 中合成酯1 的加入量。而配方LP-5、LP-6 所有指標(biāo)滿足質(zhì)量指標(biāo)要求，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮選用配方LP-5 較為合適。

表6 油性劑考察試驗(yàn)結(jié)果

研制產(chǎn)品的配方組成及全性能分析

在對這款潤滑型防銹油產(chǎn)品的各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)考察，以及基礎(chǔ)油和添加劑篩選的基礎(chǔ)上，平衡各項(xiàng)影響因素，對配方不斷進(jìn)行優(yōu)化，最終確定了潤滑型防銹油配方組成，見表7。

對表7 配方的研制產(chǎn)品進(jìn)行了全性能分析，結(jié)果見表8。

表7 潤滑型防銹油配方組成

由表8 可以看出，潤滑型防銹油具有良好的防銹性能及潤滑性能，滿足產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)要求。

表8 潤滑型防銹油全性能分析數(shù)據(jù)

產(chǎn)品應(yīng)用

研制的潤滑型防銹油已在某軋制企業(yè)進(jìn)行工業(yè)試用。該公司使用森吉米爾20 輥軋機(jī)，使用潤滑型防銹油將冷軋板材由3.0～2.5 mm 軋至0.2～0.075 mm，并不再進(jìn)行后續(xù)的退火和防銹工藝。軋后板面整潔光亮，且不易生銹，滿足現(xiàn)場工藝要求，產(chǎn)品防銹性能和潤滑性能均得到客戶認(rèn)可。

結(jié)論

☆通過對基礎(chǔ)油、防銹劑、油性劑的篩選，選用磺酸鹽S1、羧酸鹽C1、合成酯1、合成酯2 及40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度在7～12 mm2/s 的基礎(chǔ)油，輔以其他助劑，研制了一款普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油。

☆研制的普碳鋼冷軋專用潤滑型防銹油具有良好的防銹性能和潤滑性能，適用于無退火工藝的普碳鋼板，冷軋后不再單獨(dú)涂覆防銹油，直接在冷軋階段就使用該冷軋防銹一體化用油，起到潤滑、防銹的作用。有些廠家有冷軋后不需要退火便進(jìn)行包裝儲存的需求，可使用該普碳鋼冷軋專用防銹油。該油品為普碳鋼冷軋工藝潤滑提供了一種差異化解決方案，具有良好的市場潛力和應(yīng)用前景。